KR20200120780A - 휴대 단말기와 불특정 액세스 포인트를 이용한 위치 측위 방법 및 그 방법에 따른 장치 - Google Patents

휴대 단말기와 불특정 액세스 포인트를 이용한 위치 측위 방법 및 그 방법에 따른 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임의의 공간에서 위치를 측정하는 기술에 관한 것으로, 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 비직선 이동에 따라 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하고, 기록된 상대적 위치 변위 및 측정된 무선 신호들을 이용하여 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하며, 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류함으로써, 사전 정보 없이 자신의 위치를 측위하는 위치 측위 방법을 제공한다.

Description

휴대 단말기와 불특정 액세스 포인트를 이용한 위치 측위 방법 및 그 방법에 따른 장치{Method of location positioning using mobile terminal and unknown access points, and apparatus thereof}
본 발명은 임의의 공간에서 위치를 측정하는 기술에 관한 것으로, 특히 인천공항과 같이 일반적인 장소에서 스마트폰과 같은 휴대 단말기에 내장되어 있는 센서와 공개된 무선 공유기(WiFi Access Point)를 이용하여 자신의 위치를 파악하고 스스로의 경로를 추적할 수 있는 위치 측위 방법 및 그 방법에 따른 장치에 관한 것이다.
스마트폰과 같은 개인용 휴대 단말기의 발전과 더불어 휴대 단말기 내에 내장되는 다양한 통신 수단과 센서를 이용하여 주위의 통신 장비 내지 기기들과 상호작용할 수 있게 되었다. 단지 전화 통화를 위한 무선 신호의 송수신뿐만 아니라, GPS 신호의 수신을 통해 지리 정보를 획득할 수 있게 되었으며, 또한 무선 공유기의 보급에 따라 이미 알려진 위치에 고정된 무선 공유기와의 통신으로부터 간접적인 위치 정보를 파악할 수 있게 되었다.
무선(RF) 신호를 이용한 실/내외 위치 측위 기슬은 지속적으로 발전하고 있으며, 이를 통해 자재/재고, 안전, 건강 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 그러나, GPS와 같은 센서는 실외 사용과 배터리 사용 관리에 관해 제약을 가지고 있으며, 블루투스의 경우 일반적으로 추가 장비를 설치/관리해야 한다는 약점이 존재한다.
휴대 단말기를 이용한 실내 측위 기술을 구현하기 위해, 종래에는 무선 공유기가 설치된 절대 위치 좌표 테이블이나 도면에 기록된 정보를 미리 스마트폰에 다운로드 받아 위치를 측정하였다. 따라서, 사전에 정의된 정보를 제공하지 않는 불특정한 빌딩이나 공간에서는 WiFi 등의 무선 신호를 이용한 위치 측위의 정밀도가 저하되거나, 지도 서비스를 하는 사업자 또는 통신서비스를 하는 사업자가 제공하는 정보에 의존할 수밖에 없다는 한계를 가졌다.
이하에 소개된 선행기술문헌에는 실내 위치를 결정하기 위해 무선 신호와 이미 확보된 무선 액세스 포인트 정보를 대조하는 기술적 수단이 제시되어 있다. 그러나, 사용자가 아무런 지리 정보나 위치 정보 없이 임의의 공간에 진입하였을 때, 해당 공간에 대한 위치 정보를 빠르고 정확하게 획득하는 데에는 여전히 많은 제약이 존재하는 것이 현실이다.
한국특허공개공보 제2014-0012574호, "실내 위치 결정 시스템 및 실내 위치 결정 방법"
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래의 위치 측위 기술에 주위의 위치에 관한 절대 좌표 정보 내지 별도의 지도 정보를 미리 확보해야만 하는 제약이 따르는 한계를 극복하고, 실내 공간에서 무선 신호를 이용한 측위의 정밀도가 저하되는 약점을 해소하며, 이동에 따라 추가적으로 발견되는 무선 신호를 처리하여 위치 정보를 갱신함에 있어서 그 연산의 복잡도로 인해 저사양 기기의 처리 부하가 가중되는 문제를 해결하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법은, 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하는 단계; 상기 휴대 단말기를 이용하여 상기 비직선 이동에 따라 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하는 단계; 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계; 및 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 자신의 상대적 위치 변위를 기록하는 단계는, 관성 항법 및 GPS 중 적어도 하나를 이용하여 휴대 단말기의 비직선 이동에 따른 이동거리와 및 방향을 산출할 수 있다.
일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 주위의 액세스 포인트로부터 무선 신호를 측정하는 단계는, 적어도 3개의 위치에서 각각 수신되는 무선 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 획득할 수 있다.
일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호를 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치와 상기 휴대 단말기 자신의 위치를 공간 상에 매핑할 수 있다. 또한, 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는, 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 상기 휴대 단말기 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하되, 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신할 수 있다.
일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는, 제 1 위치에서 측정한 무선 신호의 강도로부터 주위의 액세스 포인트의 위치를 동심원 상에 위치하는 것으로 추정하는 단계; 제 2 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 추정하되 삼변 측량을 통해 후보 위치를 도출하는 단계; 및 제 3 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 삼각 측량을 통해 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 그룹으로 분류하는 단계는, 상기 주위의 액세스 포인트 전부를 동일한 평면 상에 위치한 제 1 그룹으로 설정하는 단계; 측정되는 무선 신호의 세기 또는 변화에 기반하여 거리 변환에 오류를 야기하는 일부 액세스 포인트를 식별하여 상기 제 1 그룹과 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 제 2 그룹으로 분류하는 단계; 및 상기 주위의 액세스 포인트에 대해 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법은, 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하는 단계; 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하되, 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 상기 휴대 단말기 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하는 단계; 및 상기 휴대 단말기의 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는 단계;를 포함한다.
다른 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 상기 이미지는, 위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되며, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법은, 상기 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 단계는, 상기 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하는 단계; 및 적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법은, 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법은, 상기 휴대 단말기가 상기 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버 또는 다른 휴대 단말기에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 이하에서는 상기 기재된 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법들을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치는, 이동에 따른 이동 거리 및 방향을 측정하는 센서; 주위의 액세스 포인트와 통신하는 통신부; 및 무선 신호를 이용하여 자신의 위치를 특정하는 처리부;를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 센서를 통해 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 상기 통신부를 통해 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하고, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하되 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 자신 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하며, 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는 명령을 수행한다.
또 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치에서, 상기 이미지는 위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되고, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되며, 상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치에서, 이동에 따라 새로운 액세스 포인트가 발견된 경우, 상기 처리부는, 상기 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하고, 적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정함으로써, 새로운 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 명령을 더 수행할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치에서, 상기 처리부는, 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장하는 명령을 더 수행할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치에서, 상기 처리부는, 상기 통신부를 통해 상기 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버 또는 다른 휴대 단말기에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 명령을 더 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 무선 공유기들의 설치 위치를 사전에 정의하거나 확보할 필요가 없으며, 지속적인 측위를 통해 측위 정밀도가 증가하고, 보안에 유리한 브로드캐스팅 신호의 수신만으로 무선 공유기의 상대적인 패턴을 도출함으로써 별도의 서비스 제공자에 독립적인 측위 정보를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 소용량의 이미지 데이터를 통해 연산 부하를 최소화한 채로 측위 정보를 용이하게 누적/공유할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 이동에 따른 무선 신호의 측정 및 경로의 기록을 예시한 도면이다.
도 3은 도 2의 측정 위치별로 취합된 무선 신호의 강도를 예시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 획득된 무선 신호의 강도에 기반한 상대적인 위치 측위를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에서 위치 측위를 이미지를 통해 관리하는 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 위치 측위 방법에 연속하여 새로운 액세스 포인트를 처리하거나, 다층 구조의 액세스 포인트를 식별하는 방법을 제안하는 흐름도이다.
도 7 내지 도 9는 이동에 따라 발견된 새로운 액세스 포인트의 상대적 위치를 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 11은 무선 신호의 상이한 특성을 이용하여 그룹을 분류하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치를 도시한 블록도이다.
본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 아이디어를 개괄적으로 소개하도록 한다.
앞서 간략히 언급한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 미리 정의된 장소의 위치 정보나 설치된 무선 공유기 등에 대한 사전 정보 없이 자신의 위치를 측위하고, 사용자의 이동에 따라 공간에 대한 매핑(mapping)을 수행하여 실내 내비게이션 기술을 구현하는 것으로 목표로 한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예들은 스마트폰과 같은 휴대 단말기에 내장된 센서(자이로 센서, 가속 센서, 지자기 센서 등)를 활용하여 스마트폰의 이동량과 방향을 계산하고, 공간 내에 산재된 무선 신호들/전파들의 세기를 측정함으로써 전체적인 실내 공간/건물의 크기와 그에 따른 위치를 측위하고자 한다. 특히, 본 발명의 실시예들은 상대적 위치 측위를 하기 위해 기본적으로 스마트폰의 이동 경로에 대한 관성 항법을 채택하고 있으나, 주요 위치 측위를 위한 것이 아닌 초기 무선 공유기의 상대적 위치를 측정하고 매핑하기 위한 용도로 사용된다. 이렇게 이동 거리와 방향에 대한 상대적 데이터데 기반으로 주변에 산재해있는 2.45Ghz/5Ghz의 무선 공유기가 배포하는 패킷 정보를 이용하여 또한 상대적 위치를 정의하고, 이렇게 정의한 무선 공유기의 맵을 통해 자신의 위치를 파악한다. 이제, 이렇게 파악된 공간은 하나의 그룹으로 설정되어 표식(2점 이상으로 이루어진 방향성을 가진 표식)으로 이용되며, 이를 통해 새로이 발견된 무선 공유기의 신호를 애드-혹(Ad-hoc) 방식으로 매핑, 확장할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예들은 무선 신호를 사용한 실내외 위치 측위를 수행할 경우 복잡한 삼각측량이나 관련된 수학식을 사용함에 따라 저사양의 소형 컴퓨터(예를 들어, Coretax M4)에서 다량의 신호를 처리하기 힘들다는 점에 주목하였다. 특히, 웨어러블 컴퓨터에서 스마트폰까지 다양한 저사양 컴퓨터의 사용이 증가할 뿐만 아니라, 배터리 소모의 문제로 인해 무조건적인 고사양 추구는 지양되고 있는 추세이다. 이를 위해, 본 발명의 실시예들은, 위치 측위를 처리함에 있어서 최소화된 크기의 이미지(image)를 도입하였다. 이러한 이미지는 위치 관계를 나타내는 기하학적인 도형으로서, 이미지 내에 발견된 액세스 포인트나 자신의 위치를 표시하고 지속적으로 갱신하되, 이동에 따라 기하학적 도형의 회전 내지 확대/축소를 통해 연산의 부담을 최소화하면서도 이미 확보된 정보의 유지를 용이하게 하는 역할을 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법을 도시한 흐름도이다.
S110 단계에서, 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록한다. 이 과정에서는, 관성 항법(자이로 센서, 가속 센서, 지자기 센서 등) 및 GPS 중 적어도 하나를 이용하여 휴대 단말기의 비직선 이동에 따른 이동거리와 및 방향을 산출한다.
보다 구체적으로, 사용자의 이동 거리와 방향을 계산하기 위해 관성 항법을 사용하며, 오일러 방법(Euler's Method)을 적용함으로써 오류를 감소시킬 수 있다. 이러한 요소 기술은 스마트폰의 이동을 측정하기 위한 수단으로서 활용되는 것이 일반적이나, 본 발명의 실시예들에서는 지속적으로 위치를 측정하지 않고 초기 상대적인 측위 및 공간 매핑을 위해 사용된다. 또한, 정밀도를 높이기 위해 관성 항법에 지자기 센서를 병용하여 이동 거리와 방향에 대한 정밀도를 향상시킬 수 있다. 물론, 실외에서는 GPS를 활용하여 위치를 측정할 수 있다.
S120 단계에서, 상기 휴대 단말기를 이용하여 상기 비직선 이동에 따라 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정한다. 앞서 목표한 바와 같이, 상기 주위의 액세스 포인트는, 미리 정의되지 않은 장소 또는 위치가 알려지지 않은 불특정 장소에 설치된 것을 전제로 한다. 또한, 주위의 액세스 포인트로부터 무선 신호를 측정함에 있어서, 적어도 3개의 위치에서 각각 수신되는 무선 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 획득한다.
보다 구체적으로, 공개된 무선 공유기가 클라이언트 디바이스(예를 들어, 스마트폰)의 접속을 유도하기 위해 브로드캐스팅(broadcasting)하는 패킷의 정보를 분석하여 현재 스마트폰의 위치 대비 거리를 RSSI 기반으로 계산하게 된다. RSSI를 통해 거리를 예측하기 위해 전파의 세기 감소를 사용하라 수 있으며, 일관성을 확보하기 위해 확장-칼만 필터(Extended Kalman Filter, EKF)를 사용하여 신호를 정류하는 것이 바람직하다.
S130 단계에서, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출한다. 이 과정에서는, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호를 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치와 상기 휴대 단말기 자신의 위치를 공간 상에 매핑한다.
보다 구체적으로, 스마트폰의 센서 기반 관성 항법을 통해 상대적 위치 변위를 대략적으로 파악을 하며, 스마트폰이 취합한 무선 공유기들의 무선 신호(WiFi Broadcasting Signal)를 수집한 시점의 위치를 1차, 2차, 3차, 4차 지점(point)으로 기록한다. 해당 기록은 4차 이상, 직선 경로가 아닌 위치가 탐색될 때까지 지속하며 최소 측위 조건을 만족한다. 이렇게 기록된 무선 공유기에는 상대적인 좌표가 배정되며, 최소 측위 조건을 만족할 경우, 이동된 스마트폰의 1차 변(1차 신호 측위 시점과 2차 신호 측위 시점 간의 거리)을 기준으로 3변 측위를 하게 되며, 3변 측량을 통해 나온 2개의 위치값은 3차, 4차 및 비직선 경로를 통해 2개의 위치 정보에서 하나를 선택하게 된다. 이렇게 측위된 상대적인 무선 공유기 좌표들의 테이블을 통해 이후 측정되는 스마트폰의 위치는 삼각 측량을 통해 측정하게 되며, 관성 항법을 통해 RSSI의 오류를 보정하게 된다.
요약하건대, 관성 항법을 통한 상대적 무선공유기의 신호를 분석하고, 분석된 신호를 기반으로 무선 공유기들의 상대적 위치를 정의하고, 정의된 무선 공유기들을 통해 위치 측위 보정을 시작하고, 측위된 정보를 스마트폰의 관성 항법(예를 들어, 지자기 센서)을 통해 수정하게 된다.
도 2는 이동에 따른 무선 신호의 측정 및 경로의 기록을 예시한 도면으로서, 자이로/가속 센서 기반의 관성 항법과 지자기 센서의 운영을 통해 수집되는 정보를 보여준다. 본 발명의 실시예들은 이동 경로를 구성하는 모든 지점마다 도식화(또는 수식화)를 처리하지는 않으며, 스마트폰이 주변에서 취득할 수 있는 무선 공유기의 브로드캐스팅 패킷 신호를 수집하는 시기에 따른 특정 포인트(point)에 대해 취득한 정보를 기록하여 이동 경로를 기록하게 된다. 도 2를 참조하면, 관성 항법을 이용하며, 패킷을 수집하는 시간에 따른 경로를 기록하는 방법을 설명한 것이다. 또한, 실외에서 실내에 접근하는 경우 GPS(GLONASS 포함)를 통해 주변에 취득할 수 있는 WiFi 신호를 미리 분석하여 실내 진입시 관성 항법의 의존율을 감소시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 측정 위치별로 취합된 무선 신호의 강도를 예시한 도면으로서, 색깔을 달리하여 각 측정 위치별 액세스 포인트들의 신호 강도를 표시하였다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 수신된 무선 공유기의 신호를 취득하여 상대적인 좌표를 추출함에 있어서, 수집된 WiFi의 RF 신호는 절대 좌표 평면상의 이동 포인트에 따라 매핑을 시작한다. 1st Point에서 측정한 신호들은 신호 세기에 따른 원의 선분 상에 존재하게 되며, 스마트폰을 중심으로 서로 다른 거리의 4사분면 모두에 존재할 확률이 있다. 2nd Point에서 측정한 신호들을 통해 스마트폰의 이동 거리에 따른 무선 공유기의 2번째 측정 위치가 확인되며, 삼변 측량을 통해 4사분면 중에서 인접한 분면 2쌍으로 이루어진 분면에 대칭적인 위치가 측정된다(삼변 측량인 경우 2개의 해를 얻는다). 다시 3rd Point에서 얻은 무선 공유기의 3번째 위치가 측정되면 삼각 측량을 통해 상대적인 위치를 얻게 된다. 여기서, 직선의 거리를 이동하게 되면, 삼변 측량을 통해 오류를 수정하게 되며, 직선이 아닌 거리를 이동하게 되면 실질적인 상대적 위치 측위를 하게 된다.
요약하건대, 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서는, 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하기 위해, 제 1 위치에서 측정한 무선 신호의 강도로부터 주위의 액세스 포인트의 위치를 동심원 상에 위치하는 것으로 추정하고, 제 2 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 추정하되 삼변 측량을 통해 후보 위치를 도출하며, 제 3 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 삼각 측량을 통해 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 결정할 수 있다.
도 4는 도 3에서 획득된 무선 신호의 강도에 기반한 상대적인 위치 측위를 예시한 도면으로서, 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출함에 있어서, 연산의 부하를 감소시키고 관리의 편의를 위해 도입된 최소화된 크기의 이미지를 활용하는 기법을 보여준다. 도 4에서는 WiFi AP_B에 대한 측위를 예시하였으며, 측정을 시작하는 위치를 기준으로 무선 공유기의 상대적인 위치를 잠정적으로 결정하였다.
앞서 간략히 소개한 바와 같이, 이러한 이미지는 위치 관계를 나타내는 기하학적인 도형으로서, 본 발명의 실시예들에서는 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 휴대 단말기 및 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하되, 이동에 따라 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신할 수 있다. 이를 위해, 위치 측위를 도형으로 표현된 이미지로 처리함에 있어서, 공간에 대해 처리하고자 하는 RF 신호값의 오차 허용치에 대해 블록(block/square)으로 처리하여 연산 처리를 최소화할 수 있으며, 새롭게 발견된 RF 신호에 대해 복잡한 알고리즘을 사용하지 않고 하나의 블록으로 간단히 추가 처리하는 방식을 채택하였다.
도 4를 통해 정의된 무선 공유기들의 위치에 대한 운영은 기본적인 RF 신호 기반 실내 측위 방법을 사용하여 수행될 수 있다. 하지만, RSSI 값을 거리(distance)로 변환하는 경우, 다양한 전파가 실내 공간에 존재함으로써 신뢰성이 저하되는 현상이 발견되었다. 따라서, 이를 보완하기 위해 앞서 사용되었던 관성 항법이 이하에서 설명하는 오류를 수정하기 위한 보조 수단으로서 사용된다.
측정된 무선 공유기는 1차적으로 그룹(Group)을 구성하게 되며, 이는 건물의 평면도에서 특정 위치에 대한 표식과 같이 운영된다. 새롭게 발견되는 무선 공유기 신호와 지속적인 RSSI의 거리 변환에 대한 오류가 발생하는 그룹을 분류하게 되며, 분류된 그룹으로부터 최종적인 무선 공유기의 패턴을 완성하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예들에서 위치 측위를 이미지를 통해 관리하는 기법을 설명하기 위한 도면으로서, 위치 관계를 나타내는 기하학적인 도형을 형성하는 과정에서 조사된 위치를 전체 영역에 대응하는 이미지 상에 표시하는 과정을 보여준다.
이를 위해, 본 발명의 실시예들이 채택하는 이미지는, 위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되며, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정할 수 있다.
도 5를 참조하면, 100m x 100m의 평면 공간에서 WiFi의 경우 복잡한 필터를 사용하지 않는 경우 평균 5m 내외의 허용 오차를 갖는다(채집되는 RF 신호의 수에 따라 이보다 작을 수도 있다). 이러한 전제하에서 단순 도형 처리를 위해 허용 오차의 블록으로 최소 크기의 블록을 구현할 경우 20 x 20 화소(pixels)로 표현할 수 있으며, 새로운 RF 신호를 처리하기 위해 8색을 적용할 경우 3.2 Kbyte의 작은 이미지로 표현할 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 위치 측위 방법에 연속하여 새로운 액세스 포인트를 처리하거나, 다층 구조의 액세스 포인트를 식별하는 방법을 제안하는 흐름도로서, 뒤따르는 2개의 단계들(S140, S150)은 그 수행 순서가 역전되어도 무방하며, 또는 일방이 선택적으로 수행될 수 있다.
앞서, S130 단계를 통해, 기록된 상대적 위치 변위 및 측정된 무선 신호들을 이용하여 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하되, 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 휴대 단말기 및 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하는 과정이 수행되었다고 가정하자.
이제, S140 단계에서, 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 이미지 내에 추가할 수 있다. 물론, 휴대 단말기의 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신할 수 있음은 당연하다.
한편, S150 단계에서, 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장할 수 있다.
새롭게 발견된 무선 공유기의 신호가 추가/확장되는 어떤 공간에서 위치에 따라 정의된 그룹에서 비교적 균일한 성격(거리에 따른 RF 신호의 감쇠 차이)과 그렇지 않은 그룹을 분리하여 층으로 분리된 공간을 구별하는데 사용되며, 마지막으로 신호의 공기 중 감쇠 계산식을 사용하여 실제 도면(지도 서비스 또는 별도의 기업 사용자가 제공하는 건물의 도면)의 크기에 적합하도록 확대/축소하여 매핑 패턴을 만들어 실질적인 실내외 내비게이션 기능을 수행할 수 있다. 그런 다음, 신호의 특성에 따라 그룹을 지정하여 단층/복층을 분리하여 공간 매핑을 완성하게 된다.
나아가, 본 발명의 실시예들에서는, 휴대 단말기가 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버 또는 다른 휴대 단말기에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 과정을 더 포함할 수 있다. 사용자가 특정 지역(예를 들어, 인천공항)을 방문하게 되는 경우 기본적으로 3.2 Kbyte의 이미지와 블록들의 식별자/색인값을 제공함으로써 미리 형성된 이미지 내의 기하학적 도형을 타인에게 제공할 수 있다. 이러한 이미지를 제공받은 사람은 별도의 위치 측위를 하지 않아도 기하학적 도형을 통해 바로 자신의 위치를 확인할 수 있다. 즉, 해당 공간에 새롭게 진입하는 휴대 단말기들은 미리 확보된 이미지 기반의 액세스 포인트 정보 등을 연산의 낭비 없이 손쉽게 획득할 수 있다는 장점을 갖는다.
이하에서는 이미지를 이용하여 위치 측위를 수행하는 과정을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 7 내지 도 9는 이동에 따라 발견된 새로운 액세스 포인트의 상대적 위치를 도출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
상대적인 신호만으로도 초기 RF 신호 채집 기기(휴대 단말기)의 위치를 파악할 수 있으나, 이 역시 과도한 연산이 요구되므로, 본 발명의 실시예들에서는 최소 3개의 RF 신호 발신 위치를 추적하기 위해 휴대 단말기에 내장된 센서를 이용한다(관성 항법 또는 GPS를 사용).
우선, 전체 영역을 나타내는 이미지에서의 블록 단위 연산을 통해 위치 측위를 수행한다. 앞서 도 2를 통해 예시한 바와 같이 1~3 지점(point)에서의 측위를 통해 3개의 기초 도형이 형성되었다고 가정하자. 그런 다음, 새로운 신호(4th Point)의 처리는 다음과 같이 수행된다.
이미지상에 형성된 도형에 대해 "새로운 RF신호"는 "RF 신호 채집자(휴대 단말기)"를 통해 "기형성된 도형 vs. 새로운 RF 신호"의 상대적인 위치를 계속적으로 수집할 수 있다. RF 신호 채집자의 이동에 따라 도형도 함께 이동/회전하기 때문에 도형을 기준으로 절대 예상 위치는 도 7과 같이 표시된다. 도 7을 참조하면, RF 신호 채집자의 이동에 따른 도형과 새로운 RF 신호와의 상대적 거리가 3회(A, B, C) 특정되었고, 빨간색은 채집된 RF 신호의 값을 나타내며, 파란색은 동일 거리에 있는 블록을 나타낸다.
이제, 수집된 3.2 Kbyte 3개의 이미지를 비닝 처리(2:2)하여 1블록을 4개의 블록으로 확대한 후 다시 1:1 비닝 처리하여 중첩시킬 경우 도 8과 같은 결과를 얻을 수 있다. 이러한 처리의 이유는, RF 신호의 불안정으로 인해 노이즈가 섞인 신호 값을 받아도 XOR 처리를 통해 데이터(블록)가 사라지는 것을 방지하기 위함이다. 이렇게 중첩시킨 이미지 A, B, C를 XOR 처리하면 새로운 RF 신호에 대해 이미 형성된 도형에 대한 상대적인 위치값을 구할 수 있다. 새롭게 확인된 RF 신호는 기존의 이미지 내에 형성된 도형들에 포함되어 색인(Index)이 부여되고 기존 도형과 결합된다. 구현의 관점에서, 이렇게 형성된 도형은 간헐적으로 확인되어 도형의 모양이 아주 조금씩 변하긴 하나, 3.2 Kbyte의 이미지 내에서 운영되게 되므로 매우 효과적이다.
또한, 도 9를 참조하면, 공간에서의 이동이 확장됨에 따라 새롭게 발견되는 무선 공유기 신호는 패턴화된 무선 공유기 맵(map)과 상대적으로 배치함으로써 연산을 줄이고 에너지 사용을 효율화할 수 있음을 보여준다. 도 9의 (A)에서 4개 이상의 무선 공유기의 상대적 위치가 확인되어 패턴으로 지정되고, 새롭게 발견된 무선 공유기는 앞서 지정된 패턴에 대한 상대적인 위치로 매핑되었다. 도 9의 (B)에서는 애드-혹 형태로 추가된 새로운 무선 공유기가 기존의 패턴과 연결되어 그 영역을 확장하게 되는 과정을 보여준다. 일반적으로 포털사나 컨텐츠 서비스사가 제공하는 도면에 무선 공유기의 위치 패턴을 확대 축소하여 공통적인 거리(Distance)값을 조율하게 되며, 패턴의 회전은 관성 항법과 지자기 센서를 기반으로 수정할 수 있을 것이다.
요약하건대, 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 이미지 내에 추가하는 과정은, 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하고, 적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정함으로써 달성될 수 있다.
도 10 내지 도 11은 무선 신호의 상이한 특성을 이용하여 그룹을 분류하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 강한 신호(Near Group) 및 약한 신호(Far Group)를 이용해 다층 구조를 형성하는 과정을 보여준다.
이미지 내에 이미 형성된 도형에서 비록 도형에 결합되었으나, 여전히 약한 RF 신호로 채집되는 경우가 있는데, 이에 대해 다음과 같은 규칙에 따라 분류 가능하다.
첫째, 벽 또는 차단막으로 인한 경우, 약한 신호(Far Group)로 분류되지만, 벽 너머의 지역 또는 차단막 너머의 지역으로 이동할 경우 확인 가능하다.
둘째, 공간이 층이 구분되어 있는 경우, 예를 들어 1층에서 도형에 따른 상대인 위치가 어느 정도 확인되나, 일정 수준 강한 신호를 채집할 수 없다면 도형으로 표시되지만 약한 신호(Far Group)로 분류될 수 있다. 약한 신호 그룹에 속한 도형은 별도의 이미지(3.2 Kbyte가 될 수 있다)에 기록되며, 채집자가 2층으로 이동하여 강한 신호로 확인될 경우, "Far → 2nd Near" 그룹으로 분리되고 이미지는 층별로 2개의 위치 확인 도형으로 구분된다.
셋째, 엘리베이터 근처의 RF 신호의 경우 대부분 약한 신호(Far Group)를 유지하게 되는데, 이는 사용자들이 아무리 이동을 해도 계속 약함을 유지할 뿐만 아니라 층을 이동할 경우 채집되지 않아 구별할 수 있다.
도 10을 참조하면, 대부분 다른 층에 있거나, 간섭 신호가 강한 지역(예를 들어, 엘리베이터)의 RF 신호는 규정된 블록의 음(마이너스: 2, 3, 4분면)의 좌표값을 갖게 된다. 하지만, 측위 정밀도를 높이기 위해 다수의 RF 신호를 사용하기 때문에 이를 참조하게 된다.
도 11에서는, 지속적인 거리 변환 오류를 발생시키는 무선 공유기 신호에 대해서 별도로 분류하여 새로운 그룹으로 처리하며, 이를 다층으로 이루어진 공간으로 간주하는 과정을 보여준다. 도 11을 참조하면, 측정된 무선 공유기의 신호의 특성이 서로 다른 패턴끼리 그룹을 지정하되, 'a(A Group)'의 무선 공유기는 수회에 걸쳐 강한 신호(예를 들어, -51mdb) 해당 위치를 측위하고, 'b(B Group)'의 무선 공유기는 상대적으로 약한 신호(예를 들어, -73mdb)로 해당 위치가 측위되었음을 나타낸다. 이런 경우, 'b(B Group)'는 평면상에서 동일한 위치에 해당하나, 다층 건물의 상이한 층에 존재하는 것으로 간주된다.
요약하건대, 본 발명의 실시예들에 따른 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법에서, 그룹으로 분류하는 과정은, 주위의 액세스 포인트 전부를 동일한 평면 상에 위치한 제 1 그룹으로 설정하고, 측정되는 무선 신호의 세기 또는 변화에 기반하여 거리 변환에 오류를 야기하는 일부 액세스 포인트를 식별하여 상기 제 1 그룹과 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 제 2 그룹으로 분류하며, 상기 주위의 액세스 포인트에 대해 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹을 포함하는 다층 구조를 형성함으로써 달성될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 위치 측위 장치(10)를 도시한 블록도로서, 도 1 및 도 6을 통해 기술한 위치 측위 방법을 하드웨어 구성의 측면에서 재구성한 도면이다. 따라서, 여기서는 설명의 중복을 피하고자 그 수행 주체를 중심으로 개요만을 약술하도록 한다.
휴대 단말기나 스마트폰 등으로 구현될 수 있는 위치 측위 장치는, 이동에 따른 이동 거리 및 방향을 측정하는 센서(11), 주위의 액세스 포인트(50)와 통신하는 통신부(13) 및 무선 신호를 이용하여 자신의 위치를 특정하는 처리부(15)를 포함한다. 여기서, 처리부(15)는, 상기 센서(11)를 통해 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 상기 통신부(13)를 통해 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)(50)로부터 무선 신호를 측정하고, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트(50)의 상대적인 위치를 도출하되 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 자신 및 상기 액세스 포인트(50)의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하며, 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는 명령을 수행한다. 이렇게 생성된 이미지나 획득된 측위 정보는 별도의 저장부(17) 내에 저장되거나 관리될 수 있다.
특히, 상기 이미지는 위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되고, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되며, 상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정하는 것이 바람직하다.
만약, 이동에 따라 새로운 액세스 포인트가 발견된 경우, 상기 처리부(15)는, 상기 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하고, 적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정함으로써, 새로운 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 명령을 더 수행할 수 있다.
또한, 상기 처리부(15)는, 측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장하는 명령을 더 수행할 수 있다.
나아가, 상기 처리부(15)는, 상기 통신부(13)를 통해 상기 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버(30) 또는 다른 휴대 단말기(20)에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 명령을 더 수행할 수도 있다.
상기된 본 발명의 실시예들은, 일반적으로 건물 내에 설치되어 있는 개방형 무선 공유기(이동통신사의 WiFi 서비스용 공유기를 포함한다)를 직접 연결하지 않고, 이들 공유기가 자신을 알리기 위해 브로드캐스팅(Broadcasting)하는 패킷을 이용하여 상대적인 위치 측위를 수행한다. 또한 SSID가 숨겨진 무선 공유기도 함께 측위에 사용 가능하며, 연결을 목적으로 하지 않기 때문에 네트워크 보안에도 유리하다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예들은, 무선 공유기들의 설치 위치를 사전에 정의할 필요가 없으며, 지속적인 측위를 통해 측위 정밀도가 증가하고, 이러한 무선 공유기의 상대적인 패턴을 공유함으로써 별도의 서비스 사업자(포털/통신사업자)에 의존적이지 않은 개인 서비스를 구축할 수 있다는 점에서 종래의 측위 기술과 차별화된다. 특히, 적은 용량의 이미지를 통해 다른 사람과 공유된다는 점에서 웨어러블 기기와 같이 제한된 장치에 분석된 패턴만을 즉시 사용함으로써 노약자 보호 또는 위치 파악 등의 사회적 서비스에 바로 연결할 수 있다는 장점을 갖는다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예들은 신호의 특성과 패턴에 따라 다층의 건물에서의 이동을 구분할 수 있다.
결론적으로 본 발명의 실시예들은,
1) LTE 기지국에 적용하여 GPS가 없거나 사용하지 못할 경우 GIS 상에서 위치 측위에 사용할 수 있으며, 특히 도심에서는 실외에서 GPS의 오류를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 불특정한 건물에서 자신의 방향과 위치를 파악할 수 있고;
2) 별도의 장치 없이 방문자의 스마트폰을 이용하여 시설 내 이동 경로를 추적하거나, 시설 경비의 문제점(경비원/경비구역/경비순서 등)을 파악할 수 있으며;
3) 건물 또는 시설물 이용자들로 하여금 패턴(소용량 데이터)을 지속적으로 수집하여 해당 공간의 전파 왜곡, 전파 음영 지역 등을 분석하여 효율적인 무선 네트워크 망을 구축할 수 있고;
4) 실내 위치 측위를 위해 별도의 인프라를 구축할 필요가 없으며, 패턴을 공유하고 지속적으로 자동 업데이트가 되어 정밀도가 향상될 수 있으며;
5) 미아 방지, 치매 노인 보호, 출입자 관리 등 별도의 인프라를 구축하고 정보를 특정 기업 또는 서비스 사업자가 독점적으로 관리하여 접근하기 어려운 부분을 해결할 수 있다.
이처럼 어느 공간에서나 존재하게 된 무선 공유기의 전파 신호를 이용하여 GPS가 되지 않는 지역, 실내, 지하 및 빌딩 등 다양한 공간에서 자신의 위치를 파악할 수 있고, 이를 다른 사람과 공유할 수 있으며, 공간에 대한 패턴을 쉽게 공유하여 스마트폰뿐만 아니라 다른 IoT 기기에도 활용할 수 있다. 특히 다른 사람과 공유하게 되면, 처음 매핑을 하기 위해 사용하는 관성 항법이나, 실외에서 접근시 GPS를 사용하지 않아도 된다. 마지막으로, 해당 기술에서 한 단계 더 나아가 무선공유기에서 수집되는 프로브 요청(Probe Request, 스마트폰에서 브로드캐스팅 신호를 받으면 응답하는 신호) 패킷을 통해 무선 공유기를 설치한 측에서 반대로 스마트폰들의 공간 내의 움직임을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 위치 측위 방법 (휴대 단말기)
11: 센서
13: 통신부
15: 처리부
17: 저장부
20: 다른 휴대 단말기
30: 서버
50: 액세스 포인트

Claims (20)

  1. 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하는 단계;
    상기 휴대 단말기를 이용하여 상기 비직선 이동에 따라 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하는 단계;
    기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계; 및
    측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하는 단계;를 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위의 액세스 포인트는,
    미리 정의되지 않은 장소 또는 위치가 알려지지 않은 불특정 장소에 설치된 것을 특징으로 하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자신의 상대적 위치 변위를 기록하는 단계는,
    관성 항법 및 GPS 중 적어도 하나를 이용하여 휴대 단말기의 비직선 이동에 따른 이동거리와 및 방향을 산출하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위의 액세스 포인트로부터 무선 신호를 측정하는 단계는,
    적어도 3개의 위치에서 각각 수신되는 무선 신호의 수신 신호 강도(Received Signal Strength Indicator, RSSI)를 획득하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는,
    기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호를 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치와 상기 휴대 단말기 자신의 위치를 공간 상에 매핑하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는,
    전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 상기 휴대 단말기 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하되, 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하는 단계는,
    제 1 위치에서 측정한 무선 신호의 강도로부터 주위의 액세스 포인트의 위치를 동심원 상에 위치하는 것으로 추정하는 단계;
    제 2 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 추정하되 삼변 측량을 통해 후보 위치를 도출하는 단계; 및
    제 3 위치에서 측정한 무선 신호의 강도, 이동 거리 및 방향으로부터 삼각 측량을 통해 이동에 따른 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 결정하는 단계;를 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 그룹으로 분류하는 단계는,
    상기 주위의 액세스 포인트 전부를 동일한 평면 상에 위치한 제 1 그룹으로 설정하는 단계;
    측정되는 무선 신호의 세기 또는 변화에 기반하여 거리 변환에 오류를 야기하는 일부 액세스 포인트를 식별하여 상기 제 1 그룹과 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 제 2 그룹으로 분류하는 단계; 및
    상기 주위의 액세스 포인트에 대해 상기 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹을 포함하는 다층 구조를 형성하는 단계;를 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  9. 휴대 단말기를 이용하여 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하는 단계;
    기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하되, 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 상기 휴대 단말기 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하는 단계; 및
    상기 휴대 단말기의 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는 단계;를 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 이미지는,
    위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되며, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 단계;를 더 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 새롭게 발견된 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 단계는,
    상기 휴대 단말기의 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하는 단계; 및
    적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정하는 단계;를 포함하는 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장하는 단계;를 더 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 휴대 단말기가 상기 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버 또는 다른 휴대 단말기에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 단계;를 더 포함하는, 휴대 단말기를 이용한 위치 측위 방법.
  16. 이동에 따른 이동 거리 및 방향을 측정하는 센서;
    주위의 액세스 포인트와 통신하는 통신부; 및
    무선 신호를 이용하여 자신의 위치를 특정하는 처리부;를 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 센서를 통해 비직선 이동에 따라 자신의 상대적 위치 변위를 기록하고, 상기 통신부를 통해 복수 개의 위치에서 각각 주위의 액세스 포인트(access point, AP)로부터 무선 신호를 측정하고, 기록된 상기 상대적 위치 변위 및 측정된 상기 무선 신호들을 이용하여 상기 주위의 액세스 포인트의 상대적인 위치를 도출하되 전체 영역을 나타내는 이미지(image) 내에 자신 및 상기 액세스 포인트의 상대적인 위치를 하나의 점(point)으로 표시하며, 이동에 따라 상기 이미지 내에 표시된 점의 위치를 갱신하는 명령을 수행하는, 위치 측위 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 이미지는 위치를 점으로 특정할 수 있는 매트릭스(matrix) 또는 그리드(grid) 구조로 형성되고, 전체 영역의 크기에 대한 무선 신호의 측정 허용 오차의 비율에 기초하여 이미지의 최소 크기가 결정되며, 상기 전체 영역의 가로 및 세로의 길이를 각각 상기 무선 신호의 측정 허용 오차로 제산한 값의 따라 상기 이미지의 가로 및 세로의 화소(pixel)를 결정하는, 위치 측위 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    이동에 따라 새로운 액세스 포인트가 발견된 경우, 상기 처리부는,
    상기 이동에 따라 새롭게 수신된 무선 위치의 후보 위치를 적어도 3회 상기 이미지 내에 표시하고, 적어도 3개의 이미지를 중첩시켜 상기 후보 위치가 중복되는 지점을 새로운 액세스 포인트의 상대적인 위치로 결정함으로써, 새로운 액세스 포인트를 나타내는 점의 위치를 상기 이미지 내에 추가하는 명령을 더 수행하는, 위치 측위 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리부는,
    측정되는 무선 신호의 특성에 기반하여 상기 주위의 액세스 포인트 중 일부를 높이가 상이한 별도의 공간에 위치한 그룹으로 분류하되, 상기 이미지 내에 분류된 그룹 식별자와 함께 저장하는 명령을 더 수행하는, 위치 측위 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리부는,
    상기 통신부를 통해 상기 액세스 포인트의 위치가 표시된 상기 이미지를 별도의 서버 또는 다른 휴대 단말기에 전송함으로써, 상기 전체 영역에 대한 공간 정보를 공유하는 명령을 더 수행하는, 위치 측위 장치.
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